地熱開發(fā)數(shù)值模擬理論、技術(shù)與應用

1 引言 001
1.1基本概念與意義 003
1.2數(shù)值模擬的優(yōu)勢 005
1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀 006
1.3.1數(shù)值模擬軟件研發(fā)歷程 006
1.3.2地熱開采數(shù)值模擬應用現(xiàn)狀 011
參考文獻 020
第2章 物理過程與數(shù)學模型 029
2.1多孔介質(zhì)傳熱-流動過程與數(shù)學模型 031
2.1.1質(zhì)量守恒方程 031
2.1.2流動控制方程 032
2.1.3能量守恒方程與熱傳遞理論 036
2.1.4多相多組分系統(tǒng)滲流理論 040
2.2井筒中傳熱-流動過程與數(shù)學模型 047
2.2.1動量守恒方程 047
2.2.2漂移流模型 049
2.2.3井筒內(nèi)的能量傳遞過程 051
2.3地球化學過程與數(shù)學模型 052
2.3.1溶質(zhì)運移理論與模型 052
2.3.2水化學反應 055
2.4 巖石力學過程與數(shù)學模型064
2.4.1 巖石力學基本假設(shè) 064
2.4.2 應力分析及應力平衡方程 065
2.4.3 巖石破壞控制方程 072
參考文獻 074
第 3 章 數(shù)值模型的建立與求解 077
3.1 傳熱 流動耦合數(shù)值模型 079
3.1.1 積分有限差基本原理 079
3.1.2 Newton Raphson 迭代求解 081
3.1.3 數(shù)值模型求解 083
3.2 地球化學數(shù)值模型 086
3.2.1 溶質(zhì)運移過程數(shù)值模型 086
3.2.2 化學反應過程數(shù)值模型 088
3.3 力學數(shù)值模型 090
3.3.1 力學與傳熱 流動過程耦合方式 090
3.3.2 彈性力學問題的解法 091
3.3.3 三維力學模型有限元離散 092
3.3.4 力學方程組求解 097
參考文獻 098
第 4 章 模擬程序簡介 101
4.1 TOUGH 系列程序 103
4.1.1 TOUGH2 104
4.1.2 TOUGHREACT 107
4.1.3 TOUGH2 FLAC3D 109
4.1.4 iTOUGH2 111
4.1.5 T2Well 112
4.1.6TOUGH - MP 112
4.1.7GeoT 114
4.1.8TOUGH2Biot 116
4.2其他多場耦合程序 117
4.2.1OpenGeoSys 117
4.2.2FEFLOW 119
4.2.3PHREEQC 120
4.2.4FLAC3D 120
4.2.5ABAQUS 122
4.2.6COMSOL Multiphysics 124
4.3高性能并行計算 125
4.3.1并行計算介紹 126
4.3.2并行研究現(xiàn)狀 127
4.3.3并行處理過程 128
4.4三維地質(zhì)模型與可視化技術(shù) 129
4.4.1三角剖分 129
4.4.2三維地質(zhì)建模 132
4.4.3可視化技術(shù) 134
參考文獻 137
第5章 地熱能開發(fā)傳熱-流動耦合模擬場地應用實例 141
5.1松遼盆地干熱巖地熱能優(yōu)化開采數(shù)值模擬 143
5.1.1區(qū)域地質(zhì)概況 143
5.1.2熱儲靶區(qū)選擇 146
5.1.3 EGS優(yōu)化開采模型建立 146
5.1.4數(shù)值剖分 149
5.1.5模擬結(jié)果與分析 150
5.1.6模型不確定性分析 159
5.1.7結(jié)論 165
5.2青海共和盆地干熱巖地熱資源發(fā)電潛力評價 166
5.2.1區(qū)域地質(zhì)概況 167
5.2.2干熱巖發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計 168
5.2.3數(shù)值模型建立 170
5.2.4地熱開采性能評價準則 173
5.2.5模擬結(jié)果與分析 174
5.2.6模型不確定性分析 178
5.2.7結(jié)論 183
5.3青海貴德斷裂型地熱田優(yōu)化開采數(shù)值模擬 184
5.3.1區(qū)域地質(zhì)條件 185
5.3.2數(shù)值模型建立 188
5.3.3運行參數(shù)優(yōu)化 191
5.3.4儲層條件對產(chǎn)能影響分析 200
5.3.5結(jié)論 203
5.4單井閉循環(huán)式地熱系統(tǒng)開采潛力數(shù)值模擬 204
5.4.1研究區(qū)概況 206
5.4.2數(shù)值模型建立 208
5.4.3模擬方案 211
5.4.4模擬結(jié)果與分析 212
5.4.5結(jié)論 215
5.5意大利Pisa盆地地熱開發(fā)數(shù)值模擬 216
5.5.1研究區(qū)概況 216
5.5.2數(shù)值模型建立 217
5.5.3模擬結(jié)果與分析 220
5.5.4地熱儲層非均質(zhì)性影響分析 223
5.5.5結(jié)論 228
5.6超臨界地熱開采數(shù)值模擬 229
5.6.1研究背景 229
5.6.2超臨界地熱的模擬工具開發(fā) 231
5.6.3冰島1DDP-2超臨界地熱場地 234
5.6.4數(shù)值模型建立 238
5.6.5模擬結(jié)果與分析 240
5.6.6結(jié)論 244
參考文獻 245
第6章 地熱能開發(fā)傳熱-流動-化學耦合模擬場地應用實例 249
6.1青海貴德地熱田開發(fā)化學堵塞數(shù)值模擬 251
6.1.1扎倉地熱田場地概況 251
6.1.2數(shù)值模型建立 253
6.1.3參數(shù)設(shè)置 254
6.1.4模擬結(jié)果與分析 256
6.1.5結(jié)論 265
6 2常規(guī)化學剌激對EGS熱儲層改造作用數(shù)值模擬 265
6.2.1數(shù)值模型建立 266
6.2.2水文地質(zhì)參數(shù)設(shè)置 267
6.2.3地球化學參數(shù)設(shè)置 268
6.2.4模擬結(jié)果與分析 270
6.2.5模型不確定性分析 274
6.2.6結(jié)論 280
6.3 CO2-常規(guī)酸雙相化學剌激工藝數(shù)值模擬 281
6.3.1CO2-常規(guī)酸雙相化學刺激工藝的提出 281
6.3.2數(shù)值模型建立 283
6.3.3模擬方案設(shè)計 284
6.3.4模擬結(jié)果與討論 284
6.3.5結(jié)論 289
參考文獻 289
第 7 章 地熱能開發(fā)傳熱 流動 力學耦合模擬場地應用實例 293
7.1 美國 Desert Peak 地熱田水力壓裂數(shù)值模擬 295
7.1.1 Desert Peak EGS 工程概況 295
7.1.2 水力壓裂模型 298
7.1.3 數(shù)值模型建立 305
7.1.4 模型校正 309
7.1.5 模擬結(jié)果與分析 315
7.1.6 討論 321
7.1.7 結(jié)論 323
7.2 美國 Raft River 地熱田水力壓裂數(shù)值模擬 323
7.2.1 Raft River EGS 示范工程概況 324
7.2.2 數(shù)值模型建立 326
7.2.3 模型校正 329
7.2.4 模擬結(jié)果與分析 330
7.2.5 結(jié)論 334
參考文獻 334
第 8 章 未來地熱能開發(fā)數(shù)值模擬技術(shù)展望 337
8.1 干熱巖儲層建造效果預測模擬技術(shù) 339
8.2 干熱巖裂隙網(wǎng)絡示蹤反演模擬技術(shù) 340
8.3 深度學習、機器學習與傳統(tǒng)模擬技術(shù)相結(jié)合 341
8.4 T-H-M-C 多場耦合作用模擬技術(shù) 342
參考文獻 343
索引 345